Eletrônica Analógica I Projeto de Um Amplificador

[pic 1][pic 2]

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

ELT 303- Eletrônica Analógica I

Projeto de um amplificador

Ana Clara Alvarenga Fachardo 28034

Andressa Erica de Faria 28756

Paulo António Cerávolo Rodrigues 33839

Itajubá, 2015

OBJETIVO

Projetar um amplificador com:

• Zi >= 300kΩ
•  Zo< 100Ω
• RL= 3kΩ

• Voppmin= 3V

Para obter um  ganho igual a 11 usando uma fonte de 12 V.

                       

INTRODUÇÃO

O amplificador é um circuito que usa transistores (TBJ, FET, JFET e MOSFET, sendo os mais comuns) para amplificar um sinal analógico (tensão, corrente, áudio, sinal de AM, etc). Ou seja, um conversor de energia. O sinal de entrada apenas controla a corrente que flui a partir da fonte de alimentação ou bateria. Assim, a energia da fonte de alimentação é convertida pelo amplificador para sinal de energia.

Amplificadores de multiplos estagios resultam normalmente em um maior ganho, podendo ser de tensão ou corrente. Em amplificadores de múltiplos estágios, a entrada de um estágio é a saída do próximo. Além disso, para que se mantenha o máximo de tensão nos estágios, o estágio de entrada deve possuir alta impedância. Da mesma forma, o estágio de saída deve possuir baixa impedância de saída, para que a maior parte da tensão fique na carga e não nos transistores.

Os transistores bipolares são dispositivos controlados por corrente, isto é, a corrente do coletor é controlada pela corrente de base. No caso do FET a corrente é controlada pela tensão ou pelo campo elétrico. As vantagens do FET em relacao ao transistor bipolar são altissima impedancia de entrada além de ser um dispositivo de baixo ruido.

        DESENVOLVIMENTO

PRIMEIRO ESTÁGIO –JFET

Análise circuito DC

Como parâmetro de projeto usamos as seguintes constatações:

[pic 3]

Adotando Idqesc = 3 mA, temos:

RD = (0,5Vdd) ÷ Id=  2k

RDesc= 2k

RS= 0,1Vcc ÷ Id= 400Ω

RSesc = 390Ω

De acordo com a curva normalizada do JFET, temos que:

[pic 4]

m= |Vp|÷ (Rs*Idss)= |-3|÷(390*10m)= 0,769

M = 0

Traçando a reta, encontramos:

VGSQ= 0,43*|Vp|= 1,29V

IDQ= 0,32*10m= 3,2mA

Análise AC

[pic 5]

Pelo datasheet do 2N3819  canal N , temos os seguintes dados :

gos = 25uS

rd = 1÷25uS

rd = 40kΩ

Idss = 10 mA  

Vgs(off) = Vp = -3  

Como a impedância de entrada(Zi) precisa ser maior que 300Ω, então RG > 300Ω

RGesc = 330kΩ

Zi = 330k

A impedância de saída

Zo = [[(1 + gmRS + (RS÷rd) ÷ [1 + gmRS + ((RS+ RD)÷rd)] * RD]

Zo ~ RD

Zo=2k

Gmo =  2Idss ÷ |Vp| = 20 ÷ 3 = 6,67mS

Gm = gmo * (1 – (Vgs ÷ Vp))= 3,8mS

Av= [-gm*(RD//RL)] ÷ [1+ gmRS+ (RD//RL +RS) ÷rd]

Onde RL é igual a Zi2.

Av1 será calculado posteriormente.

SEGUNDO ESTAGIO  -  DIVISOR  DE TENSÃO

Como parâmetro de projeto usamos as seguintes constatações:

[pic 6]

ANÁLISE DC

Adotando Icqesc = 2 mA, temos:

Re = 0,1Vcc ÷ Ie

Ie ~ Icqesc = 2mA

Re = (0,1* 12) ÷ 0,002 =  600Ω

Re esc = 620Ω

Rc= 5* Re = ((0,5 * 12) ÷ 2m) = 3kΩ

Rcesc = 3kΩ

Utilizando o metodo aproximado para o calculo do R2, temos:

(10*R2)  <  (B*Re)

Pelo datasheet do TBJ, temos que  B=150

R2 < 0,1*150*620

R2 < 9300

R2esc = 7k5 Ω

VB = VBE +VE

VB=( Icq* Re) + VBE

Adotando VBE = 0,7 V , temos

VB = (2mA * 620Ω) + 0,7

VB = 1,94 V

Calculando R1

R1 = ((Vcc ÷ VB)  - 1 ) * R2

R1 = ((12 ÷ 1,94) – 1) * 7k5

R1 = 38,89kΩ

R1esc = 39 kΩ

Tendo os valores escolhidos e como tinhamos adotado Ic 2mA, vamos recalcular para descobrir o verdadeiro valor de Icq

Circuito de divisor de tensão, metodo aproximado:

VB= (R2esc * Vcc) ÷ (R1*R2)

VB= (7k5 * 12) ÷ (39k + 7k5)

VB= 1,93V

VE= VB - VBE = 1,93 - 0, 7 = 1,23 V

Icq = Ie = (VE) ÷ Reesc = 1,98mA

Calculando VC para posteriormente calcularmos Re2:

Vc= Vcc – (Icq * Rcesc) = 12 - ( 1,98m * 3k) =  6,06 V

Vc= 6,06 V

Vce = Vcc – Ic( Rc + Re)= 12 – 1,98m(3k + 620) = 4,83 V

Vce = 4,83 V

Circuito análise DC